(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線に対して透明な照射窓を有し、内部を水が流れる通水路と、
前記照射窓を介して、紫外発光ダイオードにより水に紫外線を照射する発光部と、
前記発光部から出射され、前記照射窓を介して入射する紫外線を受光する受光部と、
前記受光部が受光した紫外線の強度に応じて、前記発光部が水に照射する紫外線の強度を制御する制御部とを備え、
前記発光部と前記受光部とは、同一の半導体基板上に設けられており、
前記受光部は、前記発光部の上面に設けられることを特徴とする浄水装置。
【請求項２】
前記発光部は、パルス駆動されることを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
【請求項３】
前記発光部を複数備え、前記複数の発光部が互いに異なるタイミングでパルス駆動されることを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記受光部が受光した紫外線の強度が大きいと前記発光部が照射する強度を大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の浄水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を照射することにより水を浄化する浄水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水に紫外線を照射することにより、水中の細菌を不活化して水を浄化する浄水システムが知られている。このような浄水システムの一種として、紫外線源に紫外発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）を利用した浄水モジュールが提案されている（特許文献１参照）。ＵＶＬＥＤは、高速で点灯、消灯をすることができるので、水の流れがあるときのみにＵＶＬＥＤを点灯し、水を浄化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５０１０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１に記載の発明は、浄水モジュールの寸法が、ＵＶＬＥＤから最大距離だけ離れて流れる水が少なくとも２５ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーを受容するものでなければならない。しかしながら、水中の汚れが発光部の表面に付着して光量が不足する場合、水の浄化が不十分となる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を鑑み、浄化に十分な紫外線を水に照射する浄水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、紫外線に対して透明な照射窓を有し、内部を水が流れる通水路と、前記照射窓を介して、紫外発光ダイオードにより水に紫外線を照射する発光部と、前記発光部から出射され、前記照射窓を介して入射する紫外線を受光する受光部と、前記受光部が受光した紫外線の強度に応じて、前記発光部が水に照射する紫外線の強度を制御する制御部とを備える浄水装置であることを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の態様に係る浄水装置においては、前記発光部は、パルス駆動されることができる。
【０００８】
また、本発明の態様に係る浄水装置においては、前記発光部を複数備え、前記複数の発光部が互いに異なるタイミングでパルス駆動されることができる。
【０００９】
また、本発明の態様に係る浄水装置においては、前記制御部は、前記受光部が受光した紫外線の強度が大きいと前記発光部が照射する強度を大きくすることができる。
【００１０】
また、本発明の態様に係る浄水装置においては、前記発光部と前記受光部とは、同一の半導体基板上に設けられることができる。
【００１１】
また、本発明の態様に係る浄水装置においては、前記受光部は、前記発光部の上面に設けられることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、浄化に十分な紫外線を水に照射する浄水装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る浄水装置の基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る浄水装置の浄化部を説明する模式的な図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る浄水装置の制御部及び浄化部を説明するブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る浄水装置の浄化部を説明する模式的な図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る浄水装置の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る浄化装置の浄化部を説明する模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。但し、図面は模式的なものであり、断面図と平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なる。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には同一または類似の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る浄水装置は、図１に示すように、水を貯蔵する貯水部１２と、水に紫外線を照射することにより水を浄化する浄化部４と、浄化部４の動作を制御する制御部３と、ポンプ１３と、通水路２０と、吐水部２１とを備える。  
貯水部１２は、補給部１１を介して未だ浄化されない原水を供給され、貯蔵する。補給部１１は、例えば水道、ボトル等が接続されることにより、外部からの原水を貯水部１２に供給する。ポンプ１３は、内蔵するモータにより貯水部１２から原水を吸入し、通水路２０に流入させる。貯水部１２の原水は、ポンプ１３により通水路２０に流入され、通水路２０を介して浄化部４に流入する。
【００１６】
吐水部２１は、ユーザの操作に応じて、浄化部４において既に浄化された原水である浄水を吐水する。吐水部２１は、ユーザにより「開」又は「閉」の操作をされ、「開」の操作がされた場合は吐水し、「閉」の操作がされた場合は吐水を停止する。
【００１７】
制御部３は、例えばマイクロプロセッサからなり、浄化部４、ポンプ１３等の動作を制御する。制御部３は、吐水部２１がユーザに操作されたことを検知し、ポンプ１３を駆動する駆動信号をポンプ１３に出力する。
【００１８】
浄化部４は、図２に示すように、壁面の一部に、紫外線に対して透明な照射窓４１を有する通水路４０と、紫外線Ｌ１を出射する発光部５と、発光部５から出射し、照射窓４１を介して入射する紫外線Ｌ２を受光する受光部６とを備える。発光部５は、紫外線発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）からなり、照射窓４１を介して、ＵＶＬＥＤにより原水に紫外線を照射する。発光部５のＵＶＬＥＤの個数は、単数であってもよく、複数であってもよい。
【００１９】
浄化部４の通水路４０は、ポンプ１３を介して貯水部１２と接続する通水路２０の一部であり、通水路２０から流入する原水Ｗ１が内部を流れる。原水Ｗ１は、発光部５から出射した紫外線Ｌ１に照射窓４１を介して照射され、水中の細菌が不活化される。原水Ｗ１は、通水路４０において殺菌されて浄水Ｗ２となり、浄水Ｗ２は、吐水部２１から吐水される。
【００２０】
発光部５から出射された紫外線Ｌ１は、原水Ｗ１中の異物や、照射窓４１に付着した原水Ｗ１中の汚れ等により拡散、反射等して、照射窓４１を介して、紫外線Ｌ２として受光部６に入射する。受光部６は、紫外線Ｌ２を受光し、受光した紫外線Ｌ２の強度を示す信号を制御部３に出力する。受光部６は、例えば、半導体ＵＶセンサ等からなる。
【００２１】
通水路４０と発光部５及び受光部６とは、照射窓４１により隔離されている。発光部５及び受光部６は、例えば半導体基板等からなる同一の基板４２上に近接して設けられることができる。例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により、発光部５及び受光部６が同一の半導体基板上に近接して設けられることにより、浄化部４の小型、計量化を図ることができる。また、発光部５及び受光部６が近接することにより照射窓４１近傍における拡散、反射等が精度よく測定可能である。
【００２２】
制御部３は、例えば、図３に示すように、制御装置３０と、パルス信号を発生するパルス発振回路３１とを備える。制御装置３０は、受光部６が出力した信号に応じた制御信号Ｓを、パルス発振回路３１に出力する。パルス発振回路３１は、制御信号Ｓに応じたパルス信号Ｐを発光部５に出力することにより、発光部５のＵＶＬＥＤが出射する紫外線Ｌ１の強度を制御する。
【００２３】
制御装置３０は、吐水部２１が「開」の操作をされたことを検知して、パルス発振回路３１の駆動を制御する。パルス発振回路３１は、制御装置３０により発信周波数やデューティ比を設定され、発光部５を設定に応じてパルス駆動させる。パルス発振回路３１は、例えば、タイマＩＣを使用して、発信周波数約５０Ｈｚ程度、デューティ比約５０％程度で発光部５を駆動させる。
【００２４】
制御部３は、吐水部２１が「開」の操作をされると、ポンプ１３の駆動を開始するとともに受光部６の駆動を開始する。制御部は、受光部６が受光する紫外線Ｌ２の強度に応じて発光部５が出射する紫外線Ｌ１の強度を調整することにより、通水路４０を流れる原水Ｗ１に照射される紫外線の強度が約２５ｍＪ／ｃｍ２程度以上となるように浄化部４を制御している。
【００２５】
制御装置３０は、例えば、受光部６が受光する紫外線Ｌ２の強度が大きい場合、発光部５が出射する紫外線Ｌ１の強度が大きくなるように、パルス発振回路３１の駆動を制御する。この場合、照射窓４１に付着した異物等において、発光部５が出射した紫外線Ｌ１が拡散、反射等することにより、紫外線Ｌ２の強度が大きく検出されていると考えられる。よって、制御部３は、通水路４０を流れる原水Ｗ１に照射される紫外線の強度が一定以上となるように、紫外線Ｌ１の強度が大きくなるように制御する。
【００２６】
同様に、制御装置３０は、受光部６が受光する紫外線Ｌ２の強度が小さい場合、発光部５が出射する紫外線Ｌ１の強度が小さくなるように、パルス発振回路３１の駆動を制御することができる。この場合、照射窓４１に付着した異物や汚れ等が少なく、受光部６に入射する紫外線Ｌ２が少なくなっていると考えられる。よって、原水Ｗ１に照射される紫外線の強度が確保されやすいので、制御部３は、紫外線Ｌ１の強度が小さくなるように制御する。
【００２７】
紫外線Ｌ１の強度は、例えば、発光部５のＵＶＬＥＤに印加する電圧を変化させることや、パルス発振回路３１内の可変抵抗の抵抗値を変化させることで、ＵＶＬＥＤに流れる電流を設定することにより調整できる。
【００２８】
例えば、受光部６が紫外線Ｌ２に応じて出力する信号Ｂを０〜５Ｖとし、Ｂ＝０Ｖの場合を最小の受光量、Ｂ＝５Ｖの場合を最大の受光量とする。Ｂ＝０〜１Ｖの場合、発光部５のＵＶＬＥＤに定格電流を流した際に、通水路４０を流れる原水Ｗ１に照射される紫外線の強度が約２５ｍＪ／ｃｍ２程度以上となるように設計する。Ｂ＝１〜２Ｖの場合、ＵＶＬＥＤに流れる電流が定格電流の１．２倍となるように制御する。同様に、Ｂ＝２〜３Ｖの場合、定格電流の１．３倍、Ｂ＝３〜４Ｖの場合、定格電流の１．４倍、Ｂ＝４〜５Ｖの場合、定格電流の１．５倍になるように制御するようにすればよい。このように、紫外線Ｌ２の強度に応じて、例えばＵＶＬＥＤに流れる電流値を変化させることにより、発光部５が出射する紫外線Ｌ１の強度を制御し、通水路４０を流れる原水Ｗ１に照射される紫外線の強度を調整できる。
【００２９】
第１実施形態に係る浄水装置によれば、原水Ｗ１にＵＶＬＥＤによる紫外線を照射して殺菌する際に、通水路４０において拡散、反射等した紫外線の強度に応じて、発光部５の駆動を調整することにより、浄化に十分な紫外線を照射することができる。
【００３０】
また、第１実施形態に係る浄水装置によれば、発光部５のＵＶＬＥＤをパルス駆動する場合、発光部５の発熱を抑制することができる。また、発光部５は、ＵＶＬＥＤを使用しているので、高速のパルス駆動が可能である。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る浄水装置は、図４に示すように、２系統の発光部５１，５２を備え、互いに異なるタイミングで駆動制御可能な点で、第１実施形態と異なる。第２実施形態において説明しない他の構成は、第１実施形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００３２】
第２実施形態に係る浄水装置が備える制御部３ａは、図４に示すように、複数の発光部５１，５２にパルス信号Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ出力するパルス発振回路３１，３２と、パルス発振回路３１，３２にそれぞれ制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する制御装置３０とを備える。
【００３３】
第２実施形態に係る浄水装置が備える浄化部４ａは、複数の発光部５１，５２と、複数の発光部５１，５２にそれぞれ対応する受光部６１，６２とを備える。すなわち、受光部６１は、発光部５１から出射された紫外線Ｌ１のうち、散乱、反射等して照射窓４１を介して受光部６１に入射する紫外線Ｌ２を受光する。同様に、受光部６２は、発光部５２から出射された紫外線Ｌ１のうち、散乱、反射等して照射窓４１を介して受光部６２に入射する紫外線Ｌ２を受光する。
【００３４】
受光部６１，６２は、それぞれ受光した紫外線Ｌ２の強度に応じた信号Ｂ１，Ｂ２を制御部３ａの制御装置３０に出力する。制御部３ａの制御装置３０は、信号Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ応じた制御信号Ｓ１，Ｓ２を、それぞれパルス発振回路３１，３２に出力する。
【００３５】
パルス発振回路３１，３２は、制御信号Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ応じたパルス信号Ｐ１，Ｐ２を、それぞれ発光部５１，５２に出力する。それぞれ発光部５１，５２のＵＶＬＥＤは、パルス信号Ｐ１，Ｐ２に応じて紫外線Ｌ１を出射する。
【００３６】
パルス信号Ｐ１，Ｐ２は、例えば、図５に示すように、時間的に交互に発生する矩形波である。それぞれ発光部５１，５２のＵＶＬＥＤは、それぞれパルス信号Ｐ１，Ｐ２により駆動され、時間的に交互にそれぞれ紫外線Ｌ１を出射する。
【００３７】
例えば、吐水部２１が操作された時から０〜１秒後はパルス発振回路３１がオン、１〜２秒後はパルス発振回路３１がオフ、パルス発振回路３２がオン、２〜３秒後はパルス発振回路３１がオン、パルス発振回路３２がオフとする。このように、パルス発振回路３１，３２は、それぞれ受光部６１，６２が受光した紫外線Ｌ２の強度に応じて、１秒毎に交互に発光部５１，５２を駆動できる。
【００３８】
第２実施形態に係る浄水装置によれば、原水Ｗ１にＵＶＬＥＤによる紫外線を照射して殺菌する際に、通水路４０において拡散、反射等した紫外線の強度に応じて、発光部５１，５２の駆動を調整することにより、浄化に十分な紫外線を照射することができる。
【００３９】
また、第２実施形態に係る浄水装置によれば、発光部５１，５２のＵＶＬＥＤをパルス駆動する場合、発光部５１，５２の発熱を抑制することができる。また、発光部５１，５２は、ＵＶＬＥＤを使用しているので、高速のパルス駆動が可能である。
【００４０】
また、第２実施形態に係る浄水装置によれば、配置の異なる複数の発光部５１，５２が交互に駆動されることにより、原水Ｗ１に効率よく紫外線を照射することができ、むらなく浄化することができる。
【００４１】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る浄水装置は、発光部５及び受光部６が積層されて一体に形成されている点で第１実施形態と異なる。第３実施形態において説明しない他の構成は、第１実施形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００４２】
第３実施形態に係る浄水装置が備える浄化部４ｂは、図６に示すように、壁面の一部に、紫外線に対して透明な照射窓４１を有する通水路４０と、紫外線Ｌ１を出射する発光部５と、発光部５から出射し、照射窓４１を介して入射する紫外線Ｌ２を受光する受光部６とを備える。発光部５は、半導体からなる基板４２の上面に形成されたＵＶＬＥＤ素子である。受光部６は、発光部５の上面に形成された半導体ＵＶセンサ素子である。
【００４３】
発光部５の側面側には、ＵＶＬＥＤ素子の活性層から横方向に向けて出射される紫外線Ｌ３を、照射窓４１に向けて反射する反射板４３が形成されている。反射板４３は、横方向に向けて出射された紫外線Ｌ３を照射窓４１に向けて反射することにより、通水路４０を流れる原水Ｗ１に紫外線を効率よく照射することができる。
【００４４】
第３実施形態に係る浄水装置によれば、原水Ｗ１にＵＶＬＥＤによる紫外線を照射して殺菌する際に、通水路４０において拡散、反射等した紫外線の強度に応じて、発光部５の駆動を調整することにより、浄化に十分な紫外線を照射することができる。
【００４５】
また、第３実施形態に係る浄水装置によれば、発光部５１のＵＶＬＥＤをパルス駆動する場合、発光部５１の発熱を抑制することができる。また、発光部５は、ＵＶＬＥＤを使用しているので、高速のパルス駆動が可能である。
【００４６】
また、第３実施形態に係る浄水装置によれば、発光部５及び受光部６が、縦方向に積層され、一体に形成されるので、小型、計量化を図ることができる。また、受光部６は、真下に反射する紫外線を受光でき、照射窓４１近傍における拡散、反射等が精度よく測定可能であるので、適切に発光部５の駆動制御ができる。
【００４７】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４８】
例えば、第１〜第３実施形態において、発光部及び受光部は、通水路４０を挟んで対向配置するようにしてもよい。この場合、紫外線に対して透明な窓を通水路４０中に対向して設けて、通水路４０を透過してくる紫外線の光量に応じて、ＵＶＬＥＤによる紫外線照射量を制御するようにすればよい。
【００４９】
また、第２実施形態において、２系統のパルス駆動を行うパルス発振回路、発光部、受光部について説明したが、３系統以上であってもよい。
【００５０】
上記の他、第１〜３の実施の形態を応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５１】
３，３ａ  制御部
４，４ａ，４ｂ  浄化部
５  発光部
６  受光部
１１  補給部
１２  貯水部
１３  ポンプ
２０，４０  通水路
２１  吐水部
３０  制御装置
３１，３２  パルス発振回路
４１  照射窓
４２  基板
４３  反射板
５１，５２  発光部
６１，６２  受光部
【図１】
0005469142.tif 000002
【図２】
0005469142.tif 000003
【図３】
0005469142.tif 000004
【図４】
0005469142.tif 000005
【図５】
0005469142.tif 000006
【図６】
0005469142.tif 000007